KR102547663B1 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
- H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
- H01L21/32134—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by liquid etching only
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/40—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the peripheral circuit region
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 장치의 제조방법은 희생층을 서로 다른 물질을 포함하는 다중층으로 형성함으로써, 반도체 장치의 제조시간을 단축할 수 있다.In the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, the sacrificial layer is formed of multiple layers including different materials, thereby reducing the manufacturing time of the semiconductor device.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 다수의 물질막들을 포함하는 반도체 장치의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of manufacturing a semiconductor device including a plurality of material films.
반도체 장치는 다수의 메모리 셀들을 포함하는 메모리 셀 어레이를 포함할 수 있다. 메모리 셀 어레이는 다양한 구조로 배치된 메모리 셀들을 포함할 수 있다. 반도체 장치의 집적도 향상을 위하여, 메모리 셀들은 기판 상에 3차원으로 배열될 수 있다. 3차원으로 배열된 메모리 셀들을 제조하기 위해 다수의 물질막들이 적층된 적층체를 이용할 수 있다.A semiconductor device may include a memory cell array including a plurality of memory cells. A memory cell array may include memory cells arranged in various structures. In order to improve the degree of integration of a semiconductor device, memory cells may be three-dimensionally arranged on a substrate. A stack in which a plurality of material films are stacked may be used to manufacture memory cells arranged in three dimensions.
본 발명의 실시 예는 제조시간을 단축할 수 있는 반도체 장치의 제조방법에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device capable of reducing manufacturing time.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 장치의 제조방법은 하부막 상에 제1 물질막을 형성하는 단계; 상기 제1 물질막 상에 상기 제1 물질막과 다른 제2 물질막을 형성하는 단계; 상기 제2 물질막 상에 상기 제1 물질막과 동일한 제3 물질막을 형성하는 단계; 상기 제3 물질막 상에 상부막을 형성하는 단계; 상기 상부막 및 상기 제1 내지 제3 물질막들을 관통하는 슬릿을 형성하는 단계; 상기 상부막 및 상기 하부막 사이의 층간 공간이 개구될 수 있도록 상기 슬릿을 통해 상기 제2 물질막보다 상기 제1 및 제3 물질막들을 더 빠르게 식각하는 식각물질로 상기 제1 내지 제3 물질막을 제거하는 단계; 및 상기 층간 공간을 제4 물질막으로 채우는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes forming a first material layer on a lower layer; forming a second material layer different from the first material layer on the first material layer; forming a third material layer identical to the first material layer on the second material layer; forming an upper layer on the third material layer; forming slits penetrating the upper layer and the first to third material layers; The first to third material layers are formed with an etchant that etches the first and third material layers faster than the second material layer through the slit to open an interlayer space between the upper layer and the lower layer. removing; and filling the interlayer space with a fourth material film.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 장치의 제조방법은 층간 절연층과 다중 희생층이 교대로 적층된 적층체를 형성하되, 상기 다중 희생층은 서로 다른 제1 물질막 및 제2 물질막을 적층하여 형성하는 단계; 상기 적층체를 관통하는 채널구조들을 형성하는 단계; 상기 채널구조들 사이에서 상기 적층체를 관통하는 슬릿을 형성하는 단계; 상기 제2 물질막보다 상기 제1 물질막을 더 빠르게 식각하는 식각물질을 이용하여 상기 슬릿을 통해 상기 다중 희생층을 제거하는 단계; 및 상기 다중 희생층이 제거된 영역을 도전패턴으로 채우는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention forms a laminate in which interlayer insulating layers and multiple sacrificial layers are alternately stacked, wherein the multiple sacrificial layers are formed by stacking first material films and second material films that are different from each other. forming; forming channel structures penetrating the stack; forming slits passing through the laminate between the channel structures; removing the multi-sacrificial layer through the slit using an etchant that etches the first material layer faster than the second material layer; and filling a region from which the multiple sacrificial layers are removed with a conductive pattern.
본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 장치의 제조방법은 소스막과 다중 희생층이 교대로 적층된 적층체를 형성하되, 상기 다중 희생층은 서로 다른 제1 물질막 및 제2 물질막을 적층하여 형성하는 단계; 상기 적층체 상에 채널구조들에 의해 관통되는 게이트 적층체들을 형성하는 단계; 상기 게이트 적층체들 사이에서 노출된 상기 다중 희생층을 관통하는 슬릿을 형성하는 단계; 상기 제2 물질막보다 상기 제1 물질막을 더 빠르게 식각하는 식각물질을 이용하여 상기 슬릿을 통해 상기 다중 희생층을 제거하는 단계; 및 상기 다중 희생층이 제거된 영역을 콘택 소스막으로 채우는 단계를 포함할 수 있다.A method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention forms a stack in which a source layer and multiple sacrificial layers are alternately stacked, wherein the multiple sacrificial layers are formed by stacking first material layers and second material layers that are different from each other. doing; forming gate stacks penetrated by channel structures on the stack; forming a slit penetrating the multiple sacrificial layers exposed between the gate stacks; removing the multi-sacrificial layer through the slit using an etchant that etches the first material layer faster than the second material layer; and filling a region from which the multiple sacrificial layers are removed with a contact source layer.
본 기술은 희생층을 서로 다른 물질을 포함하는 다중층으로 형성함으로써, 희생층을 제거하기 위한 식각물질에 대한 다중층의 식각속도 차이를 이용하여 희생층의 노출면적을 넓힐 수 있다. 이로써, 본 기술은 반도체 장치의 제조시간을 단축할 수 있다.In the present technology, by forming the sacrificial layer into multiple layers including different materials, the exposed area of the sacrificial layer can be increased by using a difference in etching rate between the multiple layers with respect to an etching material for removing the sacrificial layer. Thus, the present technology can shorten the manufacturing time of the semiconductor device.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 장치의 제조방법을 나타내는 공정 단계별 단면도들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 장치들을 개략적으로 나태는 블록도들이다.
도 3은 주변회로 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 장치들을 개략적으로 나타내는 사시도들이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 장치의 게이트 적층체를 나타내는 단면도이다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 장치의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 장치의 게이트 적층체 및 소스막을 나타내는 단면도이다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 장치의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.1A to 1E are process-step cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
2A and 2B are block diagrams schematically illustrating semiconductor devices according to example embodiments.
3 is a cross-sectional view schematically illustrating a peripheral circuit structure.
4A to 4E are perspective views schematically illustrating semiconductor devices according to example embodiments.
5 is a cross-sectional view illustrating a gate stack of a semiconductor device according to example embodiments.
6A to 6G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an exemplary embodiment.
7 is a cross-sectional view illustrating a gate stack and a source layer of a semiconductor device according to an exemplary embodiment.
8A to 8F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an exemplary embodiment.
9 is a block diagram showing the configuration of a memory system according to an exemplary embodiment of the present invention.
10 is a block diagram showing the configuration of a computing system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 기술적 사상은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 양상을 가질 수 있는 실시 예들로 구성될 수 있다. 이하에는, 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 일부 실시 예를 통해 설명하기로 한다.The technical spirit of the present invention can be configured with various modifications and embodiments that can have various aspects. Hereinafter, the technical spirit of the present invention will be described through some examples so that those skilled in the art can easily practice the present invention.
본 발명의 실시 예에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.In embodiments of the present invention, terms such as first and/or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from another component, e.g., without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, a first component may be termed a second component, and similarly The second component may also be referred to as the first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle. Other expressions describing the relationship between elements, such as "between" and "directly between" or "adjacent to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 서술된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, but one or more other features or numbers However, it should be understood that it does not preclude the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 장치의 제조방법을 나타내는 공정 단계별 단면도들이다. 도 1a 내지 도 1e는 하부막 및 상부막 사이에 배치된 패턴을 포함하는 반도체 장치를 제조함에 있어서, 리플레이스 공정을 이용한 반도체 장치의 제조방법을 나타낸다.1A to 1E are process-step cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention. 1A to 1E show a method of manufacturing a semiconductor device using a replacement process in manufacturing a semiconductor device including a pattern disposed between a lower layer and an upper layer.
도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 하부막(20), 다중 희생층(30) 및 상부막(40)을 순차로 형성할 수 있다. 하부막(20) 및 상부막(40)은 다중 희생층(30)과다른 물질로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1A , a
다중 희생층(30)은 순차로 적층된 제1 물질막(33), 제2 물질막(35) 및 제3 물질막(37)을 포함할 수 있다.The multiple
제2 물질막(35)은 제1 물질막(33) 및 제3 물질막(37)과 다른 물질로 형성되고, 제3 물질막(37)은 제1 물질막(33)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 물질막(35)은 제1 물질막(33) 및 제3 물질막(37)과 식각률이 다른 물질로 형성될 수 있다. 제1 물질막(33) 및 제3 물질막(37) 중 어느 하나는 생략될 수 있다.The
제2 물질막(35)은 후속 공정에서 상대적으로 빠른 속도로 제거되는 제1 물질막(33) 및 제3 물질막(37) 각각에 비해 두껍게 형성될 수 있다.The
이어서, 상부막(40), 다중 희생층(30), 및 하부막(20)을 식각하여 이들을 관통하는 슬릿(51)을 형성할 수 있다. Next, the
도 1b를 참조하면, 제2 물질막(35)보다 제1 및 제3 물질막들(33, 37)을 더 빠르게 식각하는 식각물질을 이용하여 슬릿(51)을 통해 다중 희생층(30)을 식각할 수 있다. 이 때, 상부막(40) 및 하부막(20)은 식각물질에 대한 식각 저항성이 크므로, 식각 공정 동안 다중 희생층(30)을 선택적으로 제거할 수 있다.Referring to FIG. 1B , the
다중 희생층(30)을 선택적으로 식각하는 동안, 제1 내지 제3 물질막들(33, 35, 37)의 식각 속도 차이에 의해, 제1 및 제3 물질막들(33, 37)이 제2 물질막(35)보다 빠르게 식각된다. 이로써, 식각 공정을 진행하는 동안, 상부막(40) 및 제2 물질막(35) 사이와 하부막(20) 및 제2 물질막(35) 사이에 각각 갭(53)이 형성될 수 있다. 갭(53)에 의해 식각물질에 노출되는 제2 물질막(35)의 표면적은 식각 공정을 진행하는 동안 증가될 수 있다.While the multiple
예를 들어, 제1 물질막(33) 및 제3 물질막(37) 각각은 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), USG(Undopedsilicata Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass) 및 다공성 질화막 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 제2 물질막(35)은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 이 경우, 식각물질은 인산(H3PO4)일 수 있다. BPSG, USG, PSG 각각은 실리콘 질화막에 비해 인산에 의해 더 빠르게 식각된다. 다공성 질화막은 실리콘 질화막에 비해 밀도가 낮으므로 상대적으로 막질이 치밀한 실리콘 질화막에 비해 인산에 의해 더 빠르게 식각된다.For example, each of the
다른 예를 들어, 제1 물질막(33) 및 제3 물질막(37) 각각은 도프트 실리콘을 포함하고, 제2 물질막(35)은 언도프트 실리콘을 포함할 수 있다. 이 경우, 식각물질은 불화수소(HF), 질산(HNO3), 및 아세트산(CH3COOH)을 포함하는 화학물질로 구성될 수 있다. 도프트 실리콘은 언도프트 실리콘에 비해 상기의 화학물질에 의해 더 빠르게 식각된다.For another example, each of the
도 1c를 참조하면, 도 1b에 도시된 제1 및 제3 물질막들(33, 37)은 제2 물질막(35)이 완전히 제거되기 전 먼저 제거될 수 있고, 제2 물질막(35)의 식각 속도는 식각물질에 노출되는 표면적 증대로 인하여 증가될 수 있다.Referring to FIG. 1C , the first and third material layers 33 and 37 shown in FIG. 1B may be removed before the
도 1d를 참조하면, 도 1c에 도시된 제2 물질막(35)을 제거함으로써, 상부막(40) 및 하부막(20) 사이에서 층간 공간(61)이 정의된다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 식각물질에 노출되는 다중 희생층의 표면적을 넓혀서 다중 희생층의 제거속도를 높일 수 있으므로 반도체 장치의 제조시간을 단축할 수 있다.Referring to FIG. 1D , by removing the
도 1e를 참조하면, 도 1d에 도시된 층간 공간(61) 내부를 제4 물질막(63)으로 채울 수 있다. 하부막(20), 제4 물질막(63) 및 상부막(40)은 다양한 물질의 조합으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 1E , the inside of the
상술한 바와 같이, 슬릿을 통해 다중 희생층을 제4 물질막으로 교체하는 리플레이스 공정을 포함하는 본 발명의 실시 예는 다중 희생층을 서로 다른 물질막들로 형성함으로써 다중 희생층의 제거 속도를 증가시킬 수 있다.As described above, the embodiment of the present invention including the replacement process of replacing the multiple sacrificial layers with the fourth material film through the slit increases the removal rate of the multiple sacrificial layers by forming the multiple sacrificial layers with different material films. can increase
도면에 도시되진 않았으나, 다중 희생층은 수직방향으로 연장된 트렌치 또는 수직방향으로 연장된 홀을 채우도록 형성될 수 있고, 다중 희생층은 트렌치 또는 홀을 개구하는 과정에서 제거될 수 있다.Although not shown in the drawings, multiple sacrificial layers may be formed to fill vertically extending trenches or vertically extending holes, and the multiple sacrificial layers may be removed in the process of opening the trenches or holes.
이하, 상술한 제조방법을 이용하여 형성된 반도체 장치에 대한 다양한 실시 예를 설명한다.Hereinafter, various embodiments of a semiconductor device formed using the above-described manufacturing method will be described.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 장치들을 개략적으로 나타내는 블록도들이다.2A and 2B are block diagrams schematically illustrating semiconductor devices according to example embodiments.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 장치들 각각은 기판(SUB) 상에 배치된 주변회로 구조(PC) 및 셀 어레이(CAR)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 2A and 2B , each of the semiconductor devices according to example embodiments may include a peripheral circuit structure (PC) and a cell array (CAR) disposed on a substrate (SUB).
기판(SUB)은 단결정 반도체막일 수 있다. 예를 들어, 기판(SUB)은 벌크(bulk) 실리콘 기판, 실리콘-온-인슐레이터(silicon on insulator) 기판, 게르마늄 기판, 게르마늄-온-인슐레이터(germanium on insulator) 기판, 실리콘-게르마늄 기판, 또는 선택적 에피택시얼 성장(selective epitaxial growth) 방식을 통해 형성된 에피택시얼 박막일 수 있다.The substrate SUB may be a single crystal semiconductor film. For example, the substrate SUB may be a bulk silicon substrate, a silicon on insulator substrate, a germanium substrate, a germanium on insulator substrate, a silicon-germanium substrate, or an optional It may be an epitaxial thin film formed through a selective epitaxial growth method.
셀 어레이(CAR)는 다수의 메모리 블록들을 포함할 수 있다. 메모리 블록들 각각은 다수의 셀 스트링들을 포함할 수 있다. 셀 스트링들 각각은 비트라인, 소스라인, 워드라인들 및 셀렉트 라인들에 전기적으로 연결된다. 셀 스트링들 각각은 직렬로 연결된 메모리 셀들 및 셀렉트 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 셀렉트 라인들 각각은 그에 대응하는 셀렉트 트랜지스터의 게이트 전극으로 이용되고, 워드라인들 각각은 그에 대응하는 메모리 셀의 게이트 전극으로 이용된다.The cell array CAR may include a plurality of memory blocks. Each of the memory blocks may include a plurality of cell strings. Each of the cell strings is electrically connected to bit lines, source lines, word lines and select lines. Each of the cell strings may include memory cells and select transistors connected in series. Each of the select lines is used as a gate electrode of a corresponding select transistor, and each of the word lines is used as a gate electrode of a corresponding memory cell.
주변회로 구조(PC)는 셀 어레이(CAR)와 전기적으로 연결되는 NMOS 및 PMOS 트랜지스터들, 레지스터(resistor), 및 캐패시터(capacitor)를 포함할 수 있다. NMOS 및 PMOS 트랜지스터들, 레지스터, 및 캐패시터는 로우 디코더, 컬럼 디코더, 페이지 버퍼 및 제어 회로를 구성하는 소자들로 이용될 수 있다.The peripheral circuit structure PC may include NMOS and PMOS transistors, resistors, and capacitors electrically connected to the cell array CAR. NMOS and PMOS transistors, resistors, and capacitors may be used as elements constituting row decoders, column decoders, page buffers, and control circuits.
도 2a에 도시된 바와 같이, 주변회로 구조(PC)는 셀 어레이(CAR)에 중첩되지 않는 기판(SUB)의 일부 영역 상에 배치될 수 있다.As shown in FIG. 2A , the peripheral circuit structure PC may be disposed on a partial area of the substrate SUB that does not overlap the cell array CAR.
또는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 주변회로 구조(PC)는 셀 어레이(CAR)와 기판(SUB) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 주변회로 구조(PC)는 셀 어레이(CAR)에 중첩되므로, 셀 어레이(CAR)와 주변회로 구조(PC)가 차지하는 기판(SUB)의 면적을 줄일 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 2B , the peripheral circuit structure PC may be disposed between the cell array CAR and the substrate SUB. In this case, since the peripheral circuit structure PC overlaps the cell array CAR, the area of the substrate SUB occupied by the cell array CAR and the peripheral circuit structure PC can be reduced.
도 3은 주변회로 구조(PC)를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 3에 도시된 주변회로 구조(PC)는 도 2a에 도시된 주변회로 구조에 포함되거나, 도 2b에 도시된 주변회로 구조에 포함될 수 있다.3 is a cross-sectional view schematically illustrating a peripheral circuit structure PC. The peripheral circuit structure PC shown in FIG. 3 may be included in the peripheral circuit structure shown in FIG. 2A or included in the peripheral circuit structure shown in FIG. 2B.
도 3을 참조하면, 주변회로 구조(PC)는 주변 게이트 전극들(PG), 주변 게이트 절연막(PGI), 정션들(Jn), 주변 회로 배선들(PCL), 주변 콘택플러그들(PCP), 및 주변회로 절연막(PIL)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the peripheral circuit structure PC includes peripheral gate electrodes PG, peripheral gate insulating film PGI, junctions Jn, peripheral circuit lines PCL, peripheral contact plugs PCP, and a peripheral circuit insulating layer (PIL).
주변 게이트 전극들(PG) 각각은 주변회로 구조(PC)의 NMOS 트랜지스터 및 PMOS 트랜지스터의 게이트 전극들로 이용될 수 있다. 주변 게이트 절연막(PGI)은 주변 게이트 전극들(PG) 각각과 기판(SUB) 사이에 배치된다.Each of the peripheral gate electrodes PG may be used as a gate electrode of an NMOS transistor and a PMOS transistor of the peripheral circuit structure PC. The peripheral gate insulating layer PGI is disposed between each of the peripheral gate electrodes PG and the substrate SUB.
정션들(Jn)은 기판(SUB)의 활성영역 내부에 n형 또는 p형 불순물을 주입하여 정의된 영역으로서, 주변 게이트 전극들(PG) 각각의 양측에 배치되어 소스 정션 또는 드레인 정션으로 이용된다. 기판(SUB)의 활성영역은 기판(SUB) 내부에 형성된 소자분리막(isolation layer: ISO)에 의해 구획될 수 있다. 소자분리막(ISO)은 절연물로 형성된다.The junctions Jn are regions defined by implanting n-type or p-type impurities into the active region of the substrate SUB, and are disposed on both sides of each of the peripheral gate electrodes PG to be used as a source junction or a drain junction. . An active region of the substrate SUB may be partitioned by an isolation layer (ISO) formed inside the substrate SUB. The element isolation layer ISO is formed of an insulating material.
주변회로 배선들(PCL)은 주변 콘택플러그들(PCP)을 통해 주변회로 구조(PC)의 회로에 전기적으로 연결될 수 있다.The peripheral circuit lines PCL may be electrically connected to circuits of the peripheral circuit structure PC through the peripheral contact plugs PCP.
주변회로 절연막(PIL)은 주변회로 구조(PC)의 회로, 주변 회로 배선들(PCL) 및 주변 콘택플러그들(PCP)을 덮을 수 있다. 주변회로 절연막(PIL)은 다층으로 적층된 절연막들을 포함할 수 있다.The peripheral circuit insulating layer PIL may cover the circuit of the peripheral circuit structure PC, the peripheral circuit lines PCL, and the peripheral contact plugs PCP. The peripheral circuit insulating layer PIL may include insulating layers stacked in multiple layers.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 장치들을 개략적으로 나타내는 사시도들이다. 인식의 편의를 위해, 도 4a 내지 도 4e에서 층간 절연층들은 도시하지 않았다.4A to 4E are perspective views schematically illustrating semiconductor devices according to example embodiments. For convenience of recognition, interlayer insulating layers are not shown in FIGS. 4A to 4E.
도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 장치는 3차원 구조의 메모리 스트링(CST)을 포함할 수 있다. 3차원 구조의 메모리 스트링(CST)은 반도체 장치의 집적도를 향상시킬 수 있다. 메모리 스트링(CST)은 채널구조들(CH) 각각을 따라 배열된 메모리 셀들 및 셀렉트 트랜지스터들을 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 4A to 4E , a semiconductor device according to an embodiment of the present invention may include a memory string CST having a 3D structure. The memory string CST having a 3D structure can improve the degree of integration of a semiconductor device. The memory string CST may include memory cells and select transistors arranged along each of the channel structures CH.
채널구조들(CH) 각각은 그에 대응하는 비트라인(BL)에 전기적으로 연결될 수 있다. 비트 라인(BL)은 제1 방향(I)에 교차되는 수평면에서 제2 방향(Ⅱ)으로 연장될 수 있다. 일 실시 예로서, 비트 라인(BL)은 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 그에 대응하는 채널구조(CH)에 직접 접촉될 수 있다. 일 실시 예로서, 비트 라인(BL)은 도 4e에 도시된 바와 같이, 콘택 플러그(DCT)를 경유하여 그에 대응하는 채널구조(CH)에 연결될 수 있다. 콘택 플러그(DCT)는 비트 라인(BL)에 접촉되어 그에 대응하는 채널구조(CH)를 향해 연장될 수 있다.Each of the channel structures CH may be electrically connected to a corresponding bit line BL. The bit line BL may extend in a second direction II on a horizontal plane crossing the first direction I. As an example, the bit line BL may directly contact the corresponding channel structure CH as shown in FIGS. 4A to 4D . As an example, the bit line BL may be connected to a corresponding channel structure CH via a contact plug DCT, as shown in FIG. 4E . The contact plug DCT may be in contact with the bit line BL and may extend toward a corresponding channel structure CH.
메모리 셀들의 게이트들 및 셀렉트 트랜지스터들의 게이트들은 제1 방향(I)으로 이격되어 적층된 도전패턴들(CP1 내지 CPn)에 연결될 수 있다. 도전패턴들(CP1 내지 CPn)은 워드라인들(WL), 소스 셀렉트 라인들(SSL) 및 드레인 셀렉트 라인들(DSL)로 이용될 수 있다. 도전패턴들(CP1 내지 CPn)은 제1 방향(I)으로 순차로 배열되고 서로 이격된 첫번째층으로부터 n번째층에 배치될 수 있다. 첫번째층은 비트라인(BL)으로부터 가장 멀리 배치된 층으로 정의하고, n번째층은 비트라인(BL)에 가장 가깝게 배치된 층으로 정의한다. 도전패턴들(CP1 내지 CPn) 각각은 수평방향으로 연장될 수 있다.The gates of the memory cells and the gates of the select transistors may be spaced apart from each other in the first direction I and connected to the stacked conductive patterns CP1 to CPn. The conductive patterns CP1 to CPn may be used as word lines WL, source select lines SSL, and drain select lines DSL. The conductive patterns CP1 to CPn may be sequentially arranged in the first direction I and may be disposed in an n-th layer from a first layer spaced apart from each other. The first layer is defined as a layer disposed farthest from the bit line BL, and the n-th layer is defined as a layer disposed closest to the bit line BL. Each of the conductive patterns CP1 to CPn may extend in a horizontal direction.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 도전패턴들(CP1 내지 CPn) 중 적어도 n번째층에 배치된 제n 패턴들(CPn)은 드레인 셀렉트 라인들(DSL)로 이용될 수 있다. 본 발명은 이에 제한되지 않고, 두개 층 이상에 배치된 도전패턴들이 드레인 셀렉트 라인들(DSL)로 이용될 수 있다. 일 실시 예로서, n번째 층에 배치된 제n 패턴들(CPn)과 n-1번째 층에 배치된 제n-1 패턴들(CPn-1)이 드레인 셀렉트 라인들(DSL)로 이용될 수 있다.Referring to FIGS. 4A to 4D , among the conductive patterns CP1 to CPn, nth patterns CPn disposed on at least an nth layer may be used as drain select lines DSL. The present invention is not limited thereto, and conductive patterns disposed on two or more layers may be used as the drain select lines DSL. As an example, the nth patterns CPn disposed on the nth layer and the n−1th patterns CPn−1 disposed on the n−1th layer may be used as the drain select lines DSL. there is.
도전패턴들(CP1 내지 CPn) 중 적어도 첫번째층에 배치된 제1 패턴들(CP1)은 소스 셀렉트 라인들(SSL)로 이용될 수 있다. 본 발명은 이에 제한되지 않고, 두개 층 이상에 배치된 도전패턴들이 소스 셀렉트 라인들(SSL)로 이용될 수 있다. 일 실시 예로서, 첫번째 층에 배치된 제1 패턴들(CP1) 및 두번째 층에 배치된 제2 패턴들(CP2)이 소스 셀렉트 라인들(SSL)로 이용될 수 있다.The first patterns CP1 disposed on at least a first layer among the conductive patterns CP1 to CPn may be used as source select lines SSL. The present invention is not limited thereto, and conductive patterns disposed on two or more layers may be used as the source select lines SSL. As an example, the first patterns CP1 disposed on the first layer and the second patterns CP2 disposed on the second layer may be used as the source select lines SSL.
드레인 셀렉트 라인들(DSL)과 소스 셀렉트 라인들(SSL) 사이에 배치된 도전패턴들(예를 들어 CP3 내지 CPn-2)은 워드라인들(WL)로 이용될 수 있다.Conductive patterns (for example, CP3 to CPn−2) disposed between the drain select lines DSL and the source select lines SSL may be used as word lines WL.
도전패턴들(CP1 내지 CPn)은 각층에서 제1 슬릿(SI1)에 의해 서로 분리될 수 있다. 도전패턴들(CP1 내지 CPn) 중 드레인 셀렉트 라인들(DSL)로 이용되는 패턴들은 각층에서 제1 슬릿(SI1) 뿐 아니라, 제2 슬릿(SI2)에 의해 서로 분리될 수 있다. 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 도면에 도시되진 않았으나, 일 실시 예로서, 도전패턴들(CP1 내지 CPn) 중 소스 셀렉트 라인들(SSL)로 이용되는 패턴들은 각층에서 제1 슬릿(SI1) 뿐 아니라, 제3 슬릿에 의해 서로 분리될 수 있다. 도면에 도시되진 않았으나, 일 실시 예로서, 제2 슬릿(SI2)은 생략될 수 있으며, 이 경우, 드레인 셀렉트 라인들(DSL)로 이용되는 패턴들은 각층에서 제1 슬릿(SI1)에 의해서 서로 분리될 수 있다. 상술한 제2 슬릿(SI2) 및 제3 슬릿은 제1 슬릿(SI1)에 의해 분리된 워드라인들(WL) 각 층에 중첩될 수 있고, 워드라인들(WL)을 관통하지 않는 깊이로 형성될 수 있다.The conductive patterns CP1 to CPn may be separated from each other by the first slit SI1 in each layer. Among the conductive patterns CP1 to CPn, patterns used as the drain select lines DSL may be separated from each other by the first slit SI1 and the second slit SI2 in each layer. The present invention is not limited thereto. Although not shown in the drawing, as an example, the patterns used for the source select lines SSL among the conductive patterns CP1 to CPn are separated from each other by the third slit as well as the first slit SI1 in each layer. It can be. Although not shown in the drawings, as an example, the second slit SI2 may be omitted. In this case, the patterns used as the drain select lines DSL are separated from each other by the first slit SI1 in each layer. It can be. The aforementioned second slit SI2 and third slit may overlap each layer of the word lines WL separated by the first slit SI1 and are formed to a depth that does not penetrate the word lines WL. It can be.
제1 슬릿(SI1) 및 제2 슬릿(SI2)은 수평면에서 제3 방향(Ⅲ)을 따라 연장될 수 있다. 제3 방향(Ⅲ)은 제1 방향(I)과 제2 방향(Ⅱ)에 교차되는 방향으로 정의된다. 워드라인들(WL) 각각에 공유되는 채널구조들(CH)은 서로 다른 드레인 셀렉트 라인들(DSL)에 의해 제어되는 그룹들로 분리될 수 있다. 일 실시 예로서, 드레인 셀렉트 라인들(DSL)은 제2 슬릿(SI2)에 의해 서로 분리된 제1 드레인 셀렉트 라인 및 제2 드레인 셀렉트 라인을 포함할 수 있다. 이 경우, 워드라인들(WL) 각각에 공유되는 채널구조들(CH)은 제1 드레인 셀렉트 라인에 의해 제어되는 제1 그룹과 제2 드레인 셀렉트 라인에 의해 제어되는 제2 그룹으로 구분될 수 있다.The first slit SI1 and the second slit SI2 may extend along the third direction III in a horizontal plane. The third direction (III) is defined as a direction crossing the first direction (I) and the second direction (II). The channel structures CH shared by each of the word lines WL may be divided into groups controlled by different drain select lines DSL. As an example, the drain select lines DSL may include a first drain select line and a second drain select line separated from each other by a second slit SI2. In this case, the channel structures CH shared by each of the word lines WL may be divided into a first group controlled by the first drain select line and a second group controlled by the second drain select line. .
워드라인들(WL), 드레인 셀렉트 라인들(DSL) 및 소스 셀렉트 라인들(SSL) 각각은 1열 이상의 채널구조들(CH)을 공통으로 감쌀 수 있다. 워드라인들(WL), 드레인 셀렉트 라인들(DSL) 및 소스 셀렉트 라인들(SSL) 각각에 의해 둘러싸인 채널구조들(CH)은 지그재그로 배치될 수 있다.Each of the word lines WL, drain select lines DSL, and source select lines SSL may commonly wrap one or more columns of channel structures CH. The channel structures CH surrounded by each of the word lines WL, drain select lines DSL, and source select lines SSL may be arranged in a zigzag pattern.
제1 슬릿(SI1)은 메모리 블록들 사이의 경계에 배치될 수 있다. 메모리 블록들 각각에서 동일층에 배치된 드레인 셀렉트 라인들(DSL)은 제2 슬릿(SI2)에 의해 서로 분리될 수 있다. 워드라인들(WL) 각각은 제2 슬릿(SI2)에 의해 분리되지 않고, 제2 슬릿(SI2)에 중첩되도록 연장될 수 있다. 도면에 도시되진 않았으나, 메모리 블록들 각각에서 동일층에 배치된 소스 셀렉트 라인들(SSL)은 제3 슬릿에 의해 분리될 수 있다. 워드라인들(WL) 각각은 제3 슬릿에 의해 분리되지 않고, 제3 슬릿에 중첩되도록 연장될 수 있다.The first slit SI1 may be disposed at a boundary between memory blocks. The drain select lines DSL disposed on the same layer in each of the memory blocks may be separated from each other by the second slit SI2. Each of the word lines WL may extend to overlap the second slit SI2 without being separated by the second slit SI2. Although not shown in the drawing, the source select lines SSL disposed on the same layer in each of the memory blocks may be separated by a third slit. Each of the word lines WL may extend to overlap the third slit without being separated by the third slit.
도 4a, 도 4b 및 도 4d를 참조하면, 채널구조들(CH) 각각은 드레인 셀렉트 라인들(DSL), 워드라인들(WL) 및 소스 셀렉트 라인들(SSL)을 관통할 수 있다. 도 4c를 참조하면, 채널구조들(CH) 각각은 드레인 셀렉트 라인들(DSL) 및 워드라인들(WL)을 관통할 수 있다. Referring to FIGS. 4A, 4B, and 4D , each of the channel structures CH may pass through drain select lines DSL, word lines WL, and source select lines SSL. Referring to FIG. 4C , each of the channel structures CH may pass through drain select lines DSL and word lines WL.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 채널구조들(CH)은 도전패턴들(CP1 내지 CPn) 아래에 배치된 소스막(SL)에 직접 연결될 수 있다. 소스막(SL)은 다양한 구조로 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 4A and 4B , the channel structures CH may be directly connected to the source layer SL disposed under the conductive patterns CP1 to CPn. The source layer SL may be formed in various structures.
도 4a를 참조하면, 소스막(SL)은 채널구조들(CH) 각각의 바닥면에 접촉될 수 있다. 소스막(SL)은 소스 도펀트를 포함하는 도프트 반도체막으로 형성될 수 있다. 소스 도펀트는 n형 불순물을 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 소스막(SL)은 도 2a를 참조하여 설명한 기판(SUB)의 표면으로부터 일부 두께로 소스 도펀트를 주입하여 형성될 수 있다. 일 실시 예로서, 소스막(SL)은 도 2b를 참조하여 설명한 기판(SUB) 상에 도프트 반도체막을 증착하여 형성될 수 있다. 이 경우, 기판(SUB)과 도프트 반도체막 사이에 절연막이 배치될 수 있다. 일 실시 예로서, 도프트 반도체막은 도프트 실리콘막일 수 있다.Referring to FIG. 4A , the source layer SL may contact the bottom surface of each of the channel structures CH. The source layer SL may be formed of a doped semiconductor layer including a source dopant. The source dopant may include an n-type impurity. As an example, the source layer SL may be formed by injecting a source dopant to a partial thickness from the surface of the substrate SUB described with reference to FIG. 2A. As an example, the source film SL may be formed by depositing a doped semiconductor film on the substrate SUB described with reference to FIG. 2B. In this case, an insulating layer may be disposed between the substrate SUB and the doped semiconductor layer. As an example, the doped semiconductor film may be a doped silicon film.
채널구조들(CH) 각각은 소스막(SL)의 상면에 접촉되고, 도전패턴들(CP1 내지 CPn)을 관통하고, 소스막(SL)으로부터 비트 라인(BL)을 향해 제1 방향(I)을 따라 연장될 수 있다. 채널구조들(CH) 각각의 측벽은 다층막(ML)으로 둘러싸일 수 있다. 다층막(ML)은 그에 대응하는 채널구조(CH)의 측벽을 따라 연장될 수 있다. 채널구조들(CH) 각각의 상면 및 바닥면은 다층막(ML)으로 차단되지 않고, 개구될 수 있다.Each of the channel structures CH is in contact with the upper surface of the source film SL, passes through the conductive patterns CP1 to CPn, and moves in a first direction I from the source film SL toward the bit line BL. can be extended along A sidewall of each of the channel structures CH may be surrounded by a multilayer film ML. The multilayer film ML may extend along the sidewall of the corresponding channel structure CH. The top and bottom surfaces of each of the channel structures CH may be opened without being blocked by the multilayer film ML.
도 4b를 참조하면, 채널구조들(CH)은 도전패턴들(CP1 내지 CPn)을 관통하고소스막(SL)의 내부로 연장될 수 있다. 채널구조들(CH) 각각의 측벽은 소스막(SL)에 접촉될 수 있다.Referring to FIG. 4B , the channel structures CH may pass through the conductive patterns CP1 to CPn and extend into the source layer SL. A sidewall of each of the channel structures CH may contact the source layer SL.
소스막(SL)은 제1 소스막(SL1) 및 콘택 소스막(CTS)을 포함할 수 있다. 소스막(SL)은 제2 소스막(SL2)을 더 포함할 수 있다. 채널구조들(CH)은 제2 소스막(SL2) 및 콘택 소스막(CTS)을 관통하고, 제1 소스막(SL1) 내부로 연장될 수 있다.The source layer SL may include a first source layer SL1 and a contact source layer CTS. The source layer SL may further include a second source layer SL2. The channel structures CH may pass through the second source layer SL2 and the contact source layer CTS and extend into the first source layer SL1.
제1 소스막(SL1)은 소스 도펀트를 포함하는 도프트 반도체막으로 형성될 수 있다. 소스 도펀트는 n형 불순물을 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 소스막(SL1)은 도 2a를 참조하여 설명한 기판(SUB)의 표면으로부터 일부 두께로 소스 도펀트를 주입하여 형성될 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 소스막(SL1)은 도 2b를 참조하여 설명한 기판(SUB) 상에 도프트 반도체막을 증착하여 형성될 수 있다. 이 경우, 기판(SUB)과 도프트 반도체막 사이에 절연막이 배치될 수 있다. 일 실시 예로서, 도프트 반도체막은 도프트 실리콘막일 수 있다. 제1 소스막(SL1)은 채널구조들(CH) 각각의 하단을 감쌀 수 있다.The first source layer SL1 may be formed of a doped semiconductor layer including a source dopant. The source dopant may include an n-type impurity. As an example, the first source layer SL1 may be formed by implanting a source dopant to a partial thickness from the surface of the substrate SUB described with reference to FIG. 2A . As an example, the first source layer SL1 may be formed by depositing a doped semiconductor layer on the substrate SUB described with reference to FIG. 2B. In this case, an insulating layer may be disposed between the substrate SUB and the doped semiconductor layer. As an example, the doped semiconductor film may be a doped silicon film. The first source layer SL1 may cover lower ends of each of the channel structures CH.
콘택 소스막(CTS)은 제1 소스막(SL1) 상에 배치되고, 제1 소스막(SL1)의 상면에 접촉될 수 있다. 콘택 소스막(CTS)은 채널구조들(CH) 각각의 측벽에 접촉되고, 채널구조들(CH)을 감싼다.The contact source layer CTS is disposed on the first source layer SL1 and may contact an upper surface of the first source layer SL1. The contact source film (CTS) contacts the sidewall of each of the channel structures (CH) and surrounds the channel structures (CH).
채널구조들(CH) 각각의 측벽을 따라 연장된 다층막은 콘택 소스막(CTS)에 의해 제1 다층패턴(ML1) 및 제2 다층패턴(ML2)으로 분리된다. 제1 다층패턴(ML1)은 채널구조들(CH) 각각의 상단을 감싸는 패턴으로 정의하고, 제2 다층패턴(ML2)은 제1 소스막(SL1)과 각각의 채널구조(CH) 사이에 배치된 패턴으로 정의한다.The multilayer film extending along the sidewall of each of the channel structures CH is separated into a first multilayer pattern ML1 and a second multilayer pattern ML2 by the contact source film CTS. The first multi-layer pattern ML1 is defined as a pattern surrounding the top of each of the channel structures CH, and the second multi-layer pattern ML2 is disposed between the first source layer SL1 and each channel structure CH. defined as a pattern.
제2 소스막(SL2)은 콘택 소스막(CTS)과 소스 셀렉트 라인(SSL) 사이에 배치될 수 있다. 제2 소스막(SL2)은 제1 다층 패턴(ML1)을 감싸도록 형성될 수 있다. 제2 소스막(SL2)은 경우에 따라 생략될 수 있다. 제2 소스막(SL2)은 제1 슬릿(SI1)에 의해 관통될 수 있다.The second source layer SL2 may be disposed between the contact source layer CTS and the source select line SSL. The second source layer SL2 may be formed to surround the first multi-layer pattern ML1. The second source layer SL2 may be omitted in some cases. The second source layer SL2 may be penetrated by the first slit SI1.
상술한 콘택 소스막(CTS) 및 제2 소스막(SL2) 각각은 소스 도펀트를 포함하는 도프트 반도체막으로 형성될 수 있다. 소스 도펀트는 n형 불순물을 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 도프트 반도체막은 도프트 실리콘막을 포함할 수 있다.Each of the aforementioned contact source layer CTS and second source layer SL2 may be formed of a doped semiconductor layer including a source dopant. The source dopant may include an n-type impurity. As an example, the doped semiconductor layer may include a doped silicon layer.
도 4c를 참조하면, 채널구조들(CH) 각각은 그에 대응하는 하부채널구조(LPC)에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 4C , each of the channel structures (CH) may be connected to a corresponding lower channel structure (LPC).
하부채널구조(LPC)는 그에 대응하는 채널구조(CH) 아래에 연결된다. 각각의 채널구조(CH)는 다층막(ML)으로 둘러싸일 수 있다. 다층막(ML)은 그에 대응하는 채널구조(CH)의 측벽을 따라 연장될 수 있다. 채널구조(CH)의 상면 및 바닥면은 다층막(ML)으로 차단되지 않고, 개구된다.The lower channel structure (LPC) is connected below the corresponding channel structure (CH). Each channel structure CH may be surrounded by a multilayer film ML. The multilayer film ML may extend along the sidewall of the corresponding channel structure CH. The top and bottom surfaces of the channel structure CH are open without being blocked by the multilayer film ML.
하부채널구조(LPC)는 워드라인들(WL) 아래에 배치된 적어도 하나의 소스 셀렉트 라인들(SSL)을 관통한다. 하부채널구조(LPC)의 측벽은 게이트 절연막(GI)으로 둘러싸일 수 있다. 게이트 절연막(GI)은 하부채널구조(LPC)의 측벽을 따라 연장될 수 있다. 하부채널구조(LPC)의 상면 및 바닥면은 게이트 절연막(GI)으로 차단되지 않고, 개구될 수 있다.The lower channel structure LPC passes through at least one source select line SSL disposed below the word lines WL. A sidewall of the lower channel structure LPC may be surrounded by a gate insulating layer GI. The gate insulating layer GI may extend along sidewalls of the lower channel structure LPC. Top and bottom surfaces of the lower channel structure LPC may be open without being blocked by the gate insulating layer GI.
소스막(SL)은 하부채널구조(LPC)의 바닥면에 접촉될 수 있다. 소스막(SL)은 도 4a를 참조하여 설명한 소스막(SL)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.The source layer SL may contact the bottom surface of the lower channel structure LPC. The source layer SL may be formed of the same material as the source layer SL described with reference to FIG. 4A.
도 4d를 참조하면, 채널구조들(CH) 각각은 도전패턴들(CP1 내지 CPn)을 관통하는 기둥부들(PL)과 기둥부들(PL)로부터 수평방향으로 연장된 수평부(HP)를 포함할 수 있다. 채널구조들(CH)의 수평부들(HP)은 제1 패턴들(CP1)의 하부면들을 따라 연장될 수 있다. 수평부들(HP)은 제1 슬릿(SI1)으로부터 연장된 슬릿 연장부(SIE)에 의해 서로 분리될 수 있다. 수평부들(HP) 아래에 도프트 영역(DA)이 배치될 수 있다. 다시말해, 수평부들(HP)은 도프트 영역(DA)과 제1 패턴들(CP1) 사이에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4D , each of the channel structures CH may include pillar parts PL passing through the conductive patterns CP1 to CPn and horizontal parts HP extending in a horizontal direction from the pillar parts PL. can The horizontal portions HP of the channel structures CH may extend along lower surfaces of the first patterns CP1. The horizontal parts HP may be separated from each other by the slit extension part SIE extending from the first slit SI1. A doped area DA may be disposed below the horizontal portions HP. In other words, the horizontal portions HP may be disposed between the doped area DA and the first patterns CP1.
일 실시 예로서, 도프트 영역(DA)은 웰 도펀트를 포함하는 도프트 반도체막으로 형성될 수 있다. 웰 도펀트는 p형 불순물을 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 도프트 영역(DA)은 도 2a를 참조하여 설명한 기판(SUB)의 표면으로부터 일부 두께로 웰 도펀트를 주입하여 형성될 수 있다. 일 실시 예로서, 도프트 영역(DA)은 도 2b를 참조하여 설명한 기판(SUB) 상에 도프트 반도체막을 증착하여 형성될 수 있다. 이 경우, 기판(SUB)과 도프트 반도체막 사이에 절연막이 배치될 수 있다. 일 실시 예로서, 도프트 반도체막은 도프트 실리콘막일 수 있다.As an example, the doped area DA may be formed of a doped semiconductor layer including a well dopant. The well dopant may include a p-type impurity. As an example, the doped area DA may be formed by implanting a well dopant to a partial thickness from the surface of the substrate SUB described with reference to FIG. 2A . As an example, the doped area DA may be formed by depositing a doped semiconductor film on the substrate SUB described with reference to FIG. 2B. In this case, an insulating layer may be disposed between the substrate SUB and the doped semiconductor layer. As an example, the doped semiconductor film may be a doped silicon film.
기둥부들(PL) 각각의 측벽은 다층막(ML)으로 둘러싸일 수 있다. 다층막(ML)은 그에 대응하는 수평부(HP)와 제1 패턴(CP1) 사이로 연장될 수 있다. 다층막(ML)은 그에 대응하는 수평부(HP)와 도프트 영역(DA) 사이로 연장될 수 있다.A sidewall of each of the pillar parts PL may be surrounded by a multilayer film ML. The multilayer film ML may extend between the corresponding horizontal portion HP and the first pattern CP1. The multilayer film ML may extend between the corresponding horizontal portion HP and the doped area DA.
도 4e를 참조하면, 도전패턴들(CP1 내지 CPn)은 슬릿(SI)에 의해 소스측 도전패턴들(CP_S) 및 드레인측 도전패턴들(CP_D)로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 4E , the conductive patterns CP1 to CPn may be divided into source-side conductive patterns CP_S and drain-side conductive patterns CP_D by a slit SI.
소스측 도전패턴들(CP_S) 중 적어도 n번째층에 배치된 소스측 제n 패턴(CPn)은 소스 셀렉트 라인(SSL)으로 이용될 수 있다. 본 발명은 이에 제한되지 않고, 두개층 이상에 배치된 도전패턴들 각각이 소스 셀렉트 라인(SSL)으로 이용될 수 있다. 일 실시 예로서, 소스측 도전패턴들(CP_S) 중 n층과 n-1층에 각각 배치된 소스측 제n 패턴(CPn) 및 소스측 제n-1 패턴(CPn-1)이 각각 소스 셀렉트 라인(SSL)으로 이용될 수 있다. 소스측 도전패턴들(CP_S) 중 소스 셀렉트 라인(SSL) 아래에 배치된 도전패턴들(예를 들어 CP1 내지 CPn-2)은 소스측 워드라인들(WL_S)로 이용될 수 있다.The source-side n-th pattern CPn disposed on at least the n-th layer among the source-side conductive patterns CP_S may be used as the source select line SSL. The present invention is not limited thereto, and each of the conductive patterns disposed on two or more layers may be used as the source select line SSL. As an embodiment, the source-side n-th pattern CPn and the source-side n-1-th pattern CPn-1 respectively disposed on the n-layer and the n-1-th layer among the source-side conductive patterns CP_S are source select. line (SSL). Among the source-side conductive patterns CP_S, conductive patterns (for example, CP1 to CPn-2) disposed below the source select line SSL may be used as the source-side word lines WL_S.
드레인측 도전패턴들(CP_D) 중 적어도 n번째층에 배치된 드레인측 제n 패턴(CPn)은 드레인 셀렉트 라인(DSL)으로 이용될 수 있다. 본 발명은 이에 제한되지 않고, 두개층 이상에 배치된 도전패턴들 각각이 드레인 셀렉트 라인(DSL)으로 이용될 수 있다. 일 실시 예로서, 드레인측 도전패턴들(CP_D) 중 n층과 n-1층에 각각 배치된 드레인측 제n 패턴(CPn) 및 드레인측 제n-1 패턴(CPn-1)이 각각 드레인 셀렉트 라인(DSL)으로 이용될 수 있다. 드레인측 도전패턴들(CP_D) 중 드레인 셀렉트 라인(DSL) 아래에 배치된 도전패턴들(예를 들어 CP1 내지 CPn-2)은 드레인측 워드라인들(WL_D)로 이용될 수 있다.Among the drain-side conductive patterns CP_D, the drain-side n-th pattern CPn disposed on at least the n-th layer may be used as the drain select line DSL. The present invention is not limited thereto, and each of the conductive patterns disposed on two or more layers may be used as the drain select line DSL. As an example, among the drain-side conductive patterns CP_D, the drain-side n-th pattern CPn and the drain-side n-1-th pattern CPn-1 disposed on the n layer and the n-1 layer, respectively, drain select It can be used as a line (DSL). Among the drain-side conductive patterns CP_D, the conductive patterns (for example, CP1 to CPn-2) disposed under the drain select line DSL may be used as the drain-side word lines WL_D.
소스측 도전패턴들(CP_S) 위에 공통 소스 라인(CSL)이 배치될 수 있다. 공통 소스 라인(CSL)은 비트 라인(BL)과 다른층에 배치된다. 공통 소스 라인(CSL)과 비트 라인(BL)은 도전물로 형성되고, 서로 이격된다. 예를 들어, 공통 소스 라인(CSL)은 비트 라인(BL)과 소스측 도전패턴들(CP_S) 사이에 배치될 수 있다.A common source line CSL may be disposed on the source-side conductive patterns CP_S. The common source line CSL is disposed on a different layer from the bit line BL. The common source line CSL and the bit line BL are formed of a conductive material and are spaced apart from each other. For example, the common source line CSL may be disposed between the bit line BL and the source-side conductive patterns CP_S.
채널구조들(CH) 각각은 소스측 기둥(S_PL), 드레인측 기둥(D_PL) 및 수평부(HP)를 포함할 수 있다. 드레인측 기둥(D_PL)은 비트 라인(BL)에 전기적으로 연결될 수 있다. 드레인측 기둥(D_PL)은 드레인측 도전패턴들(CP_D)을 관통하도록 연장되고 수평부(HP)에 연결된다. 소스측 기둥(S_PL)은 공통 소스 라인(CSL)에 전기적으로 연결될 수 있다. 소스측 기둥(S_PL)은 소스측 도전패턴들(CP_S)을 관통하도록 연장되고 수평부(HP)에 연결된다. 수평부(HP)는 파이프 게이트(PG) 내부에 매립된다. 소스측 기둥(S_PL) 및 드레인측 기둥(D_PL)은 수평부(HP)로부터 제1 방향(I)을 따라 연장된다. 파이프 게이트(PG)는 소스측 도전패턴들(CP_S) 및 드레인측 도전패턴들(CP_D) 아래에 배치되고, 수평부(HP)를 감싸도록 형성될 수 있다. 파이프 게이트(PG)는 파이프 트랜지스터의 게이트로 이용될 수 있다. 파이프 트랜지스터는 파이프 게이트(PG)에 전송되는 신호에 따라 소스측 기둥(S_PL) 및 드레인측 기둥(D_PL)을 수평부(HP)를 통해 전기적으로 연결할 수 있다.Each of the channel structures CH may include a source-side pillar S_PL, a drain-side pillar D_PL, and a horizontal portion HP. The drain-side pillar D_PL may be electrically connected to the bit line BL. The drain-side pillar D_PL extends through the drain-side conductive patterns CP_D and is connected to the horizontal portion HP. The source-side pillar S_PL may be electrically connected to the common source line CSL. The source-side pillar S_PL extends through the source-side conductive patterns CP_S and is connected to the horizontal portion HP. The horizontal portion HP is buried inside the pipe gate PG. The source-side pillar S_PL and the drain-side pillar D_PL extend along the first direction I from the horizontal portion HP. The pipe gate PG may be disposed below the source-side conductive patterns CP_S and the drain-side conductive patterns CP_D and may surround the horizontal portion HP. The pipe gate PG may be used as a gate of a pipe transistor. The pipe transistor may electrically connect the source-side pillar S_PL and the drain-side pillar D_PL through the horizontal portion HP according to a signal transmitted to the pipe gate PG.
채널구조들(CH) 각각의 외벽은 다층막(ML)으로 둘러싸일 수 있다. 다층막(ML)은 그에 대응하는 채널구조(CH)의 드레인측 기둥(D_PL)의 측벽, 수평부(HP)의 외벽 및 소스측 기둥(S_PL)의 측벽을 따라 연장된다.An outer wall of each of the channel structures CH may be surrounded by a multilayer film ML. The multilayer film ML extends along the sidewall of the drain-side pillar D_PL, the outer wall of the horizontal portion HP, and the sidewall of the source-side pillar S_PL of the corresponding channel structure CH.
슬릿(SI)은 제2 방향(Ⅱ)으로 서로 이웃한 소스측 도전패턴들(CP_S)과 드레인측 도전패턴들(CP_D) 사이에 배치되고, 제3 방향(Ⅲ)을 따라 연장될 수 있다. 소스측 도전패턴들(CP_S), 드레인측 도전패턴들(CP_D), 및 공통 소스 라인(CSL) 각각은 제3 방향(Ⅲ)을 따라 연장된 라인형으로 형성될 수 있다.The slit SI may be disposed between the source-side conductive patterns CP_S and the drain-side conductive patterns CP_D adjacent to each other in the second direction II, and may extend along the third direction III. Each of the source-side conductive patterns CP_S, the drain-side conductive patterns CP_D, and the common source line CSL may be formed in a line shape extending along the third direction III.
도 4a 내지 도 4e를 참조하여 상술한 워드라인들(WL, WL_D 또는 WL_S)은 메모리 셀들의 게이트들로 이용되고, 드레인 셀렉트 라인(DSL)은 드레인 셀렉트 트랜지스터의 게이트로 이용되고, 소스 셀렉트 라인(SSL)은 소스 셀렉트 트랜지스터의 게이트로 이용된다. 워드라인들(WL, WL_D 또는 WL_S) 각각과 각 채널구조(CH) 사이에 배치된 다층막(ML 또는 ML1)은 데이터를 저장하는 데이터 저장막을 포함할 수 있다.The word lines WL, WL_D or WL_S described above with reference to FIGS. 4A to 4E are used as gates of memory cells, the drain select line DSL is used as a gate of a drain select transistor, and the source select line ( SSL) is used as the gate of the source select transistor. The multilayer film ML or ML1 disposed between each of the word lines WL, WL_D or WL_S and each channel structure CH may include a data storage film for storing data.
도 4a 내지 도 4e를 참조하여 상술한 워드라인들(WL, WL_D 또는 WL_S), 드레인 셀렉트 라인(DSL) 및 소스 셀렉트 라인(SSL)을 포함하는 게이트 적층체는 다양한 제조방법을 이용하여 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예는 게이트 적층체를 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 상술한 리플레이스 공정을 이용하여 형성함으로써 반도체 장치의 제조 시간을 단축할 수 있다.The gate stack including the word lines WL, WL_D or WL_S, the drain select line DSL and the source select line SSL described above with reference to FIGS. 4A to 4E may be formed using various manufacturing methods. there is. According to an embodiment of the present invention, the manufacturing time of the semiconductor device can be reduced by forming the gate stacked body using the replacement process described above with reference to FIGS. 1A to 1E .
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 반도체 장치의 게이트 적층체를 나타내는 단면도이다. 도 5는 도 4a 내지 도 4e 각각에 도시된 도전패턴들을 포함하는 게이트 적층체를 확대한 단면도에 대응될 수 있다.5 is a cross-sectional view illustrating a gate stack of a semiconductor device according to example embodiments. 5 may correspond to an enlarged cross-sectional view of a gate stack including the conductive patterns shown in FIGS. 4A to 4E .
도 5를 참조하면, 게이트 적층체들(GST)은 슬릿(SI)에 의해 서로 분리될 수 있다. 게이트 적층체들(GST) 각각은 제1 방향(I)으로 교대로 적층된 층간 절연층들(ILD) 및 도전패턴들(CP)을 포함할 수 있다. 도전패턴들(CP)은 도 4a 내지 도 4e 중 어느 하나에 도시된 도전패턴들(CP1 내지 CPn)에 대응될 수 있다. 도전패턴들(CP) 각각은 제1 방향(I)으로 서로 이웃한 층간 절연층들(ILD) 사이에 배치된다.Referring to FIG. 5 , gate stacks GST may be separated from each other by slits SI. Each of the gate stacks GST may include interlayer insulating layers ILD and conductive patterns CP alternately stacked in the first direction I. The conductive patterns CP may correspond to the conductive patterns CP1 to CPn shown in any one of FIGS. 4A to 4E . Each of the conductive patterns CP is disposed between interlayer insulating layers ILD adjacent to each other in the first direction I.
도전패턴들(CP) 각각은 다양한 도전물로 형성될 수 있다. 도전패턴들(CP) 각각은 실리콘막, 금속 실리사이드막, 금속막 및 금속 질화막 중 적어도 어나 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 도전패턴들(CP) 각각은 저저항 배선을 위해 텅스텐(W) 등의 금속막(A)을 포함할 수 있다. 도전패턴들(CP) 각각이 금속막(A)을 포함하는 경우, 도전패턴들(CP) 각각은 베리어막(B)을 더 포함할 수 있다.Each of the conductive patterns CP may be formed of various conductive materials. Each of the conductive patterns CP may include at least one of a silicon layer, a metal silicide layer, a metal layer, and a metal nitride layer. As an example, each of the conductive patterns CP may include a metal layer A such as tungsten (W) for low-resistance wiring. When each of the conductive patterns CP includes the metal layer A, each of the conductive patterns CP may further include a barrier layer B.
베리어막(B)은 금속막(A)으로부터의 외부로 금속이 확산되는 것을 차단할 수 있다. 베리어막(B)은 금속막(A)을 감싸고, 슬릿(SI)을 향해 개구된 C형 단면구조를 가질 수 있다. 베리어막(B)은 채널구조(CH)와 금속막(A) 사이, 금속막(A)과 층간 절연층들(ILD) 각각의 사이로 연장될 수 있다. 베리어막(B)은 금속 질화막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 베리어막(B)은 티타늄 질화막, 텅스텐 질화막 또는 탄탈륨 질화막을 포함할 수 있다.The barrier film (B) may block diffusion of metal from the metal film (A) to the outside. The barrier film (B) may have a C-shaped cross-sectional structure surrounding the metal film (A) and opening toward the slit (SI). The barrier layer B may extend between the channel structure CH and the metal layer A and between the metal layer A and each of the interlayer insulating layers ILD. The barrier layer (B) may be formed of a metal nitride layer. For example, the barrier layer B may include a titanium nitride layer, a tungsten nitride layer, or a tantalum nitride layer.
층간 절연층들(ILD)은 다양한 절연물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 층간 절연층들(ILD)은 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다.The interlayer insulating layers ILD may be formed of various insulating materials. For example, the interlayer insulating layers ILD may be formed of a silicon oxide layer.
게이트 적층체들(GST) 각각을 관통하는 채널구조(CH)는 층간 절연층들(ILD) 및 도전패턴들(CP)로 둘러싸인다. 채널구조(CH)와 도전패턴들(CP) 각각의 사이에 다층막(ML)이 배치될 수 있다. 다층막(ML)은 도 4a, 도 4c 내지 도 4d 각각에 도시된 다층막(ML)에 대응되거나, 도 4b에 도시된 제1 다층 패턴(ML1)에 대응될 수 있다.The channel structure CH penetrating each of the gate stacks GST is surrounded by interlayer insulating layers ILD and conductive patterns CP. A multilayer film ML may be disposed between the channel structure CH and each of the conductive patterns CP. The multilayer film ML may correspond to the multilayer film ML shown in FIGS. 4A and 4C to 4D , or may correspond to the first multilayer pattern ML1 shown in FIG. 4B .
다층막(ML)은 채널구조(CH)의 측벽을 따라 연장될 수 있다. 본 발명의 실시 예는 이에 제한되지 않는다. 도면에 도시되진 않았으나, 일 실시 예로서, 다층막(ML)은 도전패턴들(CP)과 층간 절연층들(ILD) 사이의 계면들 및 채널구조(CH)와 도전패턴들(CP) 사이의 계면들을 따라 연장될 수 있다. 베리어막(B)은 그에 대응하는 금속막(A)과 다층막(ML) 사이로 연장될 수 있다.The multilayer film ML may extend along the sidewall of the channel structure CH. Embodiments of the present invention are not limited thereto. Although not shown in the drawings, as an example, the multilayer film ML includes interfaces between the conductive patterns CP and the interlayer insulating layers ILD and interfaces between the channel structure CH and the conductive patterns CP. can be extended along the The barrier layer B may extend between the corresponding metal layer A and the multilayer layer ML.
채널구조(CH)는 반도체막(SE)을 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 반도체막(SE)은 실리콘막으로 형성될 수 있다. 반도체막(SE)은 다층막(ML)의 내벽 상에 컨포멀하게 형성되거나, 다층막(ML)의 중심영역을 완전히 채우도록 형성될 수 있다.The channel structure CH may include a semiconductor layer SE. As an example, the semiconductor layer SE may be formed of a silicon layer. The semiconductor layer SE may be conformally formed on an inner wall of the multilayer layer ML or may be formed to completely fill a central region of the multilayer layer ML.
도 5에 도시된 바와 같이, 반도체막(SE)이 다층막(ML)의 내벽 상에 컨포멀하게 형성된 경우, 채널구조(CH)는 반도체막(SE)의 중심영역을 채우는 코어절연막(CO)을 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5 , when the semiconductor film SE is conformally formed on the inner wall of the multilayer film ML, the channel structure CH includes the core insulating film CO filling the central region of the semiconductor film SE. can include more.
다층막(ML)은 채널구조(CH)를 감싸는 터널 절연막(TI), 터널 절연막(TI)을 감싸는 데이터 저장막(DL), 및 데이터 저장막(DL)을 감싸는 제1 블로킹 절연막(BI1)을 포함할 수 있다.The multilayer ML includes a tunnel insulating layer TI surrounding the channel structure CH, a data storage layer DL surrounding the tunnel insulating layer TI, and a first blocking insulating layer BI1 surrounding the data storage layer DL. can do.
데이터 저장막(DL)은 전하 트랩막으로 형성되거나, 도전성 나노닷을 포함하는 물질막으로 형성되거나, 상변화 물질막으로 형성될 수 있다.The data storage layer DL may be formed of a charge trap layer, a material layer including conductive nano dots, or a phase change material layer.
데이터 저장막(DL)은 도전패턴들(CP) 중 워드라인들로 이용되는 패턴과 채널구조(CH) 사이의 전압 차이에 의해 유발되는 파울러 노드 하임 터널링(Fowler-Nordheim tunneling)을 이용하여 변경되는 데이터를 저장할 수 있다. 이를 위해, 데이터 저장막(DL)은 전하 트랩이 가능한 실리콘 질화막으로 형성될 수 있다.The data storage layer DL is changed using Fowler-Nordheim tunneling caused by a voltage difference between a pattern used as word lines among the conductive patterns CP and the channel structure CH. data can be stored. To this end, the data storage layer DL may be formed of a silicon nitride layer capable of trapping charges.
데이터 저장막(DL)은 파울러 노드 하임 터널링이 아닌 다른 동작 원리에 기초하여 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들어, 데이터 저장막(DL)은 상변화 물질막으로 형성되고, 상변화에 따른 데이터를 저장할 수 있다.The data storage layer DL may store data based on an operating principle other than Fowler-Nordheim tunneling. For example, the data storage layer DL is formed of a phase change material layer and may store data according to the phase change.
제1 블로킹 절연막(BI1)은 전하 차단이 가능한 산화막을 포함할 수 있다. 터널 절연막(TI)은 전하 터널링이 가능한 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. 도전패턴들(CP) 각각과 층간 절연층들(ILD) 사이의 계면을 따라 제2 블로킹 절연막(BI2)이 더 형성될 수 있다. 제2 블로킹 절연막(BI2)은 슬릿(SI)을 향하는 층간 절연층들(ILD) 각각의 측벽 상으로 연장될 수 있다. 제2 블로킹 절연막(BI2)은 유전상수가 높은 절연물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 블로킹 절연막(BI2)은 알루미늄 산화막으로 형성될 수 있다. 제1 블로킹 절연막(BI1) 및 제2 블로킹 절연막(BI2) 중 어느 하나는 생략될 수 있다.The first blocking insulating layer BI1 may include an oxide layer capable of blocking charges. The tunnel insulating layer TI may be formed of a silicon oxide layer capable of charge tunneling. A second blocking insulating layer BI2 may be further formed along an interface between each of the conductive patterns CP and the interlayer insulating layers ILD. The second blocking insulating layer BI2 may extend on sidewalls of each of the interlayer insulating layers ILD facing the slit SI. The second blocking insulating layer BI2 may be formed of an insulating material having a high dielectric constant. For example, the second blocking insulating layer BI2 may be formed of an aluminum oxide layer. Either one of the first blocking insulating layer BI1 and the second blocking insulating layer BI2 may be omitted.
슬릿(SI)은 도 4a 내지 도 4d 각각에 도시된 제1 슬릿(SI1)에 대응되거나, 도 4e에 도시된 슬릿(SI)에 대응될 수 있다. 슬릿(SI)은 수직구조(VP)로 채워질 수 있다. 일 실시 예로서, 수직구조(VP)는 슬릿(SI)을 절연물로 완전히 채워서 형성할 수 있다. 일 실시 예로서, 수직구조(VP)는 도전물 및 도전물을 감싸는 측벽절연막을 포함할 수 있다.The slit SI may correspond to the first slit SI1 illustrated in FIGS. 4A to 4D , or may correspond to the slit SI illustrated in FIG. 4E . The slit SI may be filled with the vertical structure VP. As an example, the vertical structure VP may be formed by completely filling the slit SI with an insulating material. As an example, the vertical structure VP may include a conductive material and a side wall insulating film surrounding the conductive material.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 장치의 제조방법을 나타내는 단면도들이다. 구체적으로, 도 6a 내지 도 6g는 리플레이스 공정을 이용한 게이트 적층체의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.6A to 6G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an exemplary embodiment. Specifically, FIGS. 6A to 6G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a gate stack using a replacement process.
도 6a를 참조하면, 층간 절연층들(115) 및 다중 희생층들(127)을 제1 방향(I)으로 교대로 적층하여 적층체(130)를 형성한다. Referring to FIG. 6A , a laminate 130 is formed by alternately stacking
층간 절연층들(115)은 다중 희생층들(127)과 다른 물질로 형성된다. 층간 절연층들(115)은 실리콘 산화막등의 산화물로 형성될 수 있다. 다중 희생층들(127) 각각은 서로 다른 물질들을 교대로 적층하여 형성할 수 있다. 일 실시 예로서, 다중 희생층들(127) 각각은 순차로 적층된 제1 물질막(121), 제2 물질막(123) 및 제3 물질막(125)을 포함할 수 있다.The
제2 물질막(123)은 제1 물질막(121) 및 제3 물질막(125)과 다른 물질로 형성되고, 제3 물질막(125)은 제1 물질막(121)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 물질막(123)은 제1 물질막(121) 및 제3 물질막(125)과 식각률이 다른 물질로 형성될 수 있다. 제1 물질막(121) 및 제3 물질막(125) 중 어느 하나는 생략될 수 있다.The
제2 물질막(123)은 후속 공정에서 상대적으로 빠른 속도로 제거되는 제1 물질막(121) 및 제3 물질막(125) 각각에 비해 두껍게 형성될 수 있다.The
도 6b를 참조하면, 적층체(130)를 관통하는 채널구조들(159)을 형성할 수 있다. 채널구조들(159)을 형성하는 단계는 적층체(130)를 관통하는 홀들(141)을 형성하는 단계 및 홀들(141)을 채널구조들(159)로 각각 채우는 단계를 포함할 수 있다. 채널구조들(159)을 형성하기 전, 홀들(141) 각각의 측벽 상에 다층막(149)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 채널구조들(159)은 다층막(149) 상에 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6B ,
다층막(149)을 형성하는 단계는 홀들(141) 각각의 측벽으로부터 홀들(141) 각각의 중심영역을 향하여 제1 블로킹 절연막(143), 데이터 저장막(145) 및 터널 절연막(147)을 순차로 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 블로킹 절연막(143), 데이터 저장막(145) 및 터널 절연막(147) 각각의 물질에 대한 예는 도 5를 참조하여 설명한 바와 동일하다.In the step of forming the
채널구조들(159) 각각은 도 5를 참조하여 상술한 바와 같이 반도체막(151)을 포함하거나, 반도체막(151) 및 코어 절연막(153)을 포함할 수 있다.Each of the
이어서, 채널구조들(159) 사이에서 적층체(130)를 관통하는 슬릿(161)을 형성할 수 있다.Subsequently, slits 161 penetrating the laminate 130 may be formed between the
도 6c를 참조하면, 제2 물질막(123)보다 제1 및 제3 물질막들(121 및 125)을 더 빠르게 식각하는 식각물질을 이용하여, 슬릿(161)을 통해 다중 희생층들(127)을 식각할 수 있다. 이 때, 층간 절연층들(115)은 식각물질에 대한 식각 저항성이 크므로, 식각 공정 동안 다중 희생층들(127)을 선택적으로 제거할 수 있다.Referring to FIG. 6C , the multiple
다중 희생층들(127)을 선택적으로 식각하는 식각공정의 초기에, 슬릿(161)을 통해 C영역에 표시된 화살표 방향으로 식각물질이 유입될 수 있다. 이 때, 제1 내지 제3 물질막들(121, 123, 125)의 식각 속도 차이에 의해, 제1 및 제3 물질막들(121, 125)이 제2 물질막(123)보다 빠르게 식각된다. 그 결과, 층간 절연층들(115) 각각과 제2 물질막(123) 사이에 갭(163)이 형성될 수 있다.At the beginning of an etching process for selectively etching the multiple
예를 들어, 제1 물질막(121) 및 제3 물질막(125) 각각은 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), USG(Undopedsilicata Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass) 및 다공성 질화막 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 제2 물질막(123)은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다. 이 경우, 식각물질은 인산(H3PO4)일 수 있다. BPSG, USG, PSG 각각은 실리콘 질화막에 비해 인산에 의해 더 빠르게 식각된다. 다공성 질화막은 실리콘 질화막에 비해 밀도가 낮으므로 상대적으로 막질이 치밀한 실리콘 질화막에 비해 인산에 더 빠르게 식각된다.For example, each of the
도 6d를 참조하면, 도 6c에 도시된 갭(163)을 통해 식각물질이 유입될 수 있다. 이에 따라, 다중 희생층들(127)의 선택적 식각 공정 동안, D영역에 표시된 화살표 방향으로 제2 물질막(123)이 식각될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 도 6c에 도시된 갭(163)을 통해 식각물질에 노출된 제2 물질막(123)의 표면적을 넓힐 수 있으므로 제2 물질막(123)의 식각 속도를 증대시킬 수 있다.Referring to FIG. 6D , an etching material may be introduced through the
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 층간 절연층들(115) 사이에 단일막으로 형성된 희생층을 배치하는 경우보다 빠른 속도로 제1 방향(I)으로 이웃한 층간 절연막층들(115) 사이의 공간을 노출할 수 있다. 이로써, 본 발명의 실시 예는 반도체 장치의 패턴들이 식각물질에 노출되는 시간을 줄일 수 있다. 그 결과, 본 발명의 실시 예는 반도체 장치의 패턴들이 식각물질에 의해 오염되는 현상을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 반도체 장치의 신뢰성을 개선할 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the
도 6e를 참조하면, 선택적 식각 공정을 통해 다중 희생층들이 제거된 후, 제1 방향(I)으로 이웃한 층간 절연층들(115) 사이의 층간 공간들(165)이 개구될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 희생층들을 통해 층간 절연층들(115) 사이의 층간 공간들(165)을 개구하는 시간을 단축할 수 있으므로 반도체 장치의 제조 시간을 줄일 수 있다.Referring to FIG. 6E , after the multiple sacrificial layers are removed through a selective etching process,
도 6f를 참조하면, 슬릿(161)을 통해 도 6e에 도시된 층간 공간들(165) 내부를 도전물(179)로 채운다. 층간 공간들(165) 내부를 도전물(179)로 채우기 전, 층간 공간들(165) 각각의 표면 상에 제2 블로킹 절연막(171)을 더 형성할 수 있다. 제2 블로킹 절연막(171)은 도 5를 참조하여 설명한 제2 블로킹 절연막에 대응된다. 제2 블로킹 절연막(171)은 슬릿(161)을 향하는 층간 절연층들(115)의 측벽들 각각을 덮도록 연장될 수 있다.Referring to FIG. 6F , the interior of the
도전물(179)은 실리콘막, 금속 실리사이드막, 금속막 및 금속 질화막 중 적어도 어나 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 도전물(179)은 저저항 배선을 위해 텅스텐(W) 등의 금속막(175)을 포함할 수 있다. 이 경우, 도전물(179)은 베리어막(173)을 더 포함할 수 있다. 베리어막(173)은 금속막(175)을 형성하기 전, 도 6e에 도시된 층간 공간들(165) 각각의 표면 상에 컨포멀하게 형성될 수 있다. 베리어막(173)은 금속 질화막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 베리어막(173)은 티타늄 질화막, 텅스텐 질화막 또는 탄탈륨 질화막을 포함할 수 있다.The
도 6g를 참조하면, 도전물(179)이 다수의 도전패턴들(179P)로 분리될 수 있도록 도전물(179)을 식각한다. 이로써, 제1 방향(I)으로 교대로 적층된 도전패턴들(179P) 및 층간 절연층(115)을 포함하는 게이트 적층체(GST)를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 6G , the
이어서, 도 5를 참조하여 상술한 수직구조(VP)로 슬릿(161)을 채울 수 있다.Subsequently, the
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 장치의 게이트 적층체 및 소스막을 나타내는 단면도이다. 도 7은 도 4b에 도시된 소스막 및 소스막에 인접한 게이트 적층체를 확대한 단면도이다.7 is a cross-sectional view illustrating a gate stack and a source layer of a semiconductor device according to an exemplary embodiment. FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a source layer and a gate stack adjacent to the source layer shown in FIG. 4B.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 게이트 적층체들(GST)은 슬릿(SI1)에 의해 서로 분리될 수 있다. 게이트 적층체들(GST) 각각은 도 5를 참조하여 상술한 바와 동일한 구조로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 7 , gate stacks GST according to example embodiments may be separated from each other by a slit SI1. Each of the gate stacked bodies GST may have the same structure as described above with reference to FIG. 5 .
게이트 적층체들(GST) 각각을 관통하는 채널구조(CH)는 소스막(SL) 내부로 연장될 수 있다. 소스막(SL)은 도 4b를 참조하여 상술한 바와 같이 제1 소스막(SL1) 및 콘택 소스막(CTS)을 포함할 수 있고, 제2 소스막(SL2)을 더 포함할 수 있다.The channel structure CH passing through each of the gate stacks GST may extend into the source layer SL. As described above with reference to FIG. 4B , the source layer SL may include the first source layer SL1 and the contact source layer CTS, and may further include a second source layer SL2.
채널구조(CH)는 도 4b를 참조하여 상술한 바와 같이, 콘택 소스막(CTS)에 의해 서로 분리된 제1 다층패턴(ML1) 및 제2 다층패턴(ML2)으로 둘러싸인다. 채널구조(CH)는 반도체막(SE)을 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 반도체막(SE)은 실리콘막으로 형성될 수 있다. 반도체막(SE)은 제1 다층패턴(ML1)의 내벽 상에 컨포멀하게 형성되거나, 제1 다층패턴(ML1)에 의해 정의된 홀의 중심영역을 완전히 채우도록 형성될 수 있다. 반도체막(SE)는 제2 다층패턴(ML2) 상으로 연장된다.As described above with reference to FIG. 4B , the channel structure CH is surrounded by the first multi-layer pattern ML1 and the second multi-layer pattern ML2 separated from each other by the contact source layer CTS. The channel structure CH may include a semiconductor layer SE. As an example, the semiconductor layer SE may be formed of a silicon layer. The semiconductor layer SE may be conformally formed on the inner wall of the first multi-layer pattern ML1 or may be formed to completely fill the central region of the hole defined by the first multi-layer pattern ML1. The semiconductor layer SE extends on the second multi-layer pattern ML2.
도 7에 도시된 바와 같이, 반도체막(SE)이 제1 다층패턴(ML1)의 내벽 상에 컨포멀하게 형성된 경우, 채널구조(CH)는 반도체막(SE)의 중심영역을 채우는 코어절연막(CO)을 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 7 , when the semiconductor film SE is conformally formed on the inner wall of the first multi-layer pattern ML1, the channel structure CH is a core insulating film filling the central region of the semiconductor film SE. CO) may be further included.
제1 다층패턴(ML1) 및 제2 다층패턴(ML2) 각각은 채널구조(CH)를 감싸는 터널 절연막(TI), 터널 절연막(TI)을 감싸는 데이터 저장막(DL), 및 데이터 저장막(DL)을 감싸는 제1 블로킹 절연막(BI1)을 포함할 수 있다.Each of the first multi-layer pattern ML1 and the second multi-layer pattern ML2 includes a tunnel insulating layer TI surrounding the channel structure CH, a data storage layer DL surrounding the tunnel insulating layer TI, and a data storage layer DL. ) may include a first blocking insulating layer BI1 surrounding the .
터널 절연막(TI), 데이터 저장막(DL), 제1 블로킹 절연막(BI1)의 물질들은 도 5를 참조하여 설명한 물질들과 동일하다.Materials of the tunnel insulating layer TI, the data storage layer DL, and the first blocking insulating layer BI1 are the same as those described with reference to FIG. 5 .
슬릿(SI1)은 도 4b에 도시된 제1 슬릿(SI1)에 대응될 수 있다. 슬릿(SI1)은 수직구조(VP)로 채워질 수 있다. 일 실시 예로서, 수직구조(VP)는 게이트 적층체들(GST) 각각의 측벽을 덮는 스페이서 절연막(SP) 및 스페이서 절연막(SP) 상에서 슬릿(SI1) 내부를 채우는 도전성 수직콘택구조(VCT)를 포함할 수 있다.The slit SI1 may correspond to the first slit SI1 shown in FIG. 4B. The slit SI1 may be filled with the vertical structure VP. As an example, the vertical structure VP includes a spacer insulating layer SP covering sidewalls of each of the gate stacks GST and a conductive vertical contact structure VCT filling the inside of the slit SI1 on the spacer insulating layer SP. can include
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 장치의 제조방법을 나타내는 단면도들이다. 구체적으로, 도 8a 내지 도 8f는 리플레이스 공정을 이용한 소스막의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.8A to 8F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to an exemplary embodiment. Specifically, FIGS. 8A to 8F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a source film using a replacement process.
도 8a를 참조하면, 제1 소스막(201) 및 다중 희생층(217)을 포함하는 소스 적층체(STS)를 형성한다. 다중 희생층(217) 상에 제2 소스막(221)이 더 형성될 수 있다. 제1 소스막(201) 상에 다중 희생층(217)을 형성하기 전, 제1 보호막(203)을 더 형성할 수 있다. 이 경우, 다중 희생층(217)은 제1 보호막(203) 상에 형성된다. 제2 소스막(221)을 형성하기 전, 다중 희생층(217) 상에 제2 보호막(219)을 더 형성할 수 있다. 이 경우, 제2 소스막(221)은 제2 보호막(219) 상에 형성될 수 있다. 제1 보호막(203), 제2 보호막(219) 및 제2 소스막(221) 중 적어도 하나는 경우에 따라 생략될 수 있다.Referring to FIG. 8A , a source stack structure (STS) including a
제1 소스막(201) 및 제2 소스막(221) 각각은 소스 도펀트를 포함하는 도프트 반도체막일 수 있다. 소스 도펀트는 n형 불순물을 포함할 수 있다. 일 실시 예로서, 제1 소스막(201) 및 제2 소스막(221) 각각은 n형 도프트 실리콘막으로 형성될 수 있다. 제1 보호막(203) 및 제2 보호막(219)은 산화막으로 형성될 수 있다.Each of the
다중 희생층(217)은 순차로 적층된 제1 물질막(211), 제2 물질막(213) 및 제3 물질막(215)을 포함할 수 있다.The multiple
제2 물질막(213)은 제1 물질막(211) 및 제3 물질막(215)과 다른 물질로 형성되고, 제3 물질막(215)은 제1 물질막(211)과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 제1 물질막(211) 및 제3 물질막(215) 중 어느 하나는 생략될 수 있다. 제2 물질막(213)은 후속 공정에서 상대적으로 빠른 속도로 제거되는 제1 물질막(211) 및 제3 물질막(215) 각각에 비해 두껍게 형성될 수 있다.The
이어서, 제1 소스막(201), 제1 보호막(203), 다중 희생층(217), 제2 보호막(219) 및 제2 소스막(221)을 포함하는 소스 적층체(STS) 상에 슬릿(261)에 의해 분리된 게이트 적층체들(GST)을 형성한다. 게이트 적층체들(GST)은 채널구조들(259)에 의해 관통된다.Subsequently, a slit is formed on the source stack structure (STS) including the
상술한 게이트 적층체들(GST)은 도 6a 내지 도 6g를 참조하여 상술한 공정들을 이용하여 형성할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 채널구조들(259)은 게이트 적층체들(GST)을 관통하여 소스 적층체(STS) 내부로 연장될 수 있다.The gate stacks GST described above may be formed using the processes described above with reference to FIGS. 6A to 6G . In an embodiment of the present invention, the
채널구조들(259) 각각의 외벽을 따라 다층막(249)이 형성될 수 있다. 다층막(249)은 그에 대응하는 채널구조(259)와 게이트 적층체(GST) 사이에 배치되고, 그에 대응하는 채널구조(259)와 소스 적층체(STS) 사이로 연장된다. 채널구조(259)는 제1 보호막(203), 다중 희생층(217), 제2 보호막(219) 및 제2 소스막(221)을 완전히 관통할 수 있다. 채널구조(259)의 바닥면은 제1 소스막(201) 내부에 배치될 수 있다.A
다층막(249)은 제1 블로킹 절연막(243), 데이터 저장막(245) 및 터널 절연막(247)을 포함할 수 있다. 제1 블로킹 절연막(243), 데이터 저장막(245) 및 터널 절연막(247)은 그에 대응하는 게이트 적층체(GST) 또는 소스 적층체(STS)의 표면으로부터 채널구조(259)의 표면을 향하여 순차로 적층된다. 제1 블로킹 절연막(243), 데이터 저장막(245) 및 터널 절연막(247) 각각은 도 5를 참조하여 상술한 바와 동일한 물질들로 형성될 수 있다.The
채널구조들(259) 각각은 도 5를 참조하여 상술한 바와 같이 반도체막(251)을 포함하거나, 반도체막(251) 및 코어 절연막(253)을 포함할 수 있다.Each of the
슬릿(261)에 의해 노출된 게이트 적층체들(GST) 각각의 측벽 상에 스페이서 절연막(271)을 형성할 수 있다. 스페이서 절연막(271)은 산화막으로 형성될 수 있다. 슬릿(261)의 바닥면은 스페이서 절연막(271)에 의해 차단되지 않고 노출된다.A
도 8b를 참조하면, 슬릿(261)의 바닥면을 통해 노출된 제2 소스막(221)을 식각하고, 제2 소스막(221)의 식각면을 산화시킬 수 있다. 산화된 제2 소스막(221)의 측벽에 측벽 보호막(223)이 형성될 수 있다. 이어서, 슬릿(261)을 통해 노출된 제2 보호막(219), 및 다중 희생층(217)을 식각하여 슬릿 연장부(281)를 형성한다. 슬릿 연장부(281)는 슬릿(261)에 연결된다.Referring to FIG. 8B , the
도 8c를 참조하면, 제2 물질막(213)보다 제1 및 제3 물질막들(211, 215)을 더 빠르게 식각하는 식각물질을 이용하여 슬릿 연장부(281)을 통해 다중 희생층들(217)을 식각할 수 있다. 이 때, 측벽 보호막(223), 제1 보호막(219), 및 제2 보호막(203)은 식각물질에 대한 식각 저항성이 크므로, 식각 공정 동안 다중 희생층들(217)을 선택적으로 제거할 수 있다.Referring to FIG. 8C , multiple sacrificial layers are formed through the
다중 희생층들(217)을 선택적으로 식각하는 동안, 제1 내지 제3 물질막들(211, 213, 215)의 식각 속도 차이에 의해, 제1 보호막(203)과 제2 물질막(213) 사이와 제2 보호막(219)과 제2 물질막(213) 사이에 각각 갭(283)이 형성될 수 있다.While the multiple
제1 물질막(211) 및 제3 물질막(215) 각각은 도프트 실리콘을 포함하고, 제2 물질막(213)은 언도프트 실리콘을 포함할 수 있다. 이 경우, 식각물질은 불화수소(HF), 질산(HNO3), 및 아세트산(CH3COOH)을 포함하는 화학물질로 구성될 수 있다. 도프트 실리콘은 언도프트 실리콘에 비해 상기의 화학물질에 의해 더 빠르게 식각된다.Each of the
도 8d를 참조하면, 도 8c에 도시된 갭(283)을 통해 식각물질에 노출된 제2 물질막(213)의 표면적을 넓힐 수 있으므로 제2 물질막(213)의 식각 속도를 증대시킬 수 있다.Referring to FIG. 8D , since the surface area of the
도 8e를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 다중 희생층을 빠른 속도로 제거함으로써, 제1 소스막(201)과 제2 소스막(221) 사이의 층간 공간(285)을 개구하는 시간을 단축할 수 있다. 다중 희생층을 제거하는 동안, 도 8c에 도시된 제1 보호막(203) 및 제2 보호막(219)은 제1 소스막(201) 및 제2 소스막(221)의 손실을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 8E , the opening time of the
다중 희생층을 제거한 후, 도 8d에 도시된 제1 보호막(203) 및 제2 보호막(219)을 제거하여 제1 소스막(201)과 제2 소스막(221)을 노출시킬 수 있다. 이로써, 층간 공간(285)의 넓이가 확장될 수 있다. 제1 보호막(203) 및 제2 보호막(219)이 제거되는 동안, 도 8d에 도시된 측벽 보호막(223)이 제거되어 제2 소스막(221)의 측벽이 노출될 수 있다.After removing the multiple sacrificial layers, the
제1 소스막(201)과 제2 소스막(221) 사이에서 노출된 제1 블로킹 절연막(243), 데이터 저장막(245), 및 터널 절연막(247)은 채널구조들(259) 각각의 측벽이 제1 소스막(201)과 제2 소스막(221) 사이에서 노출되도록 제거될 수 있다. 이로써, 층간 공간(285)의 넓이가 확장될 수 있다. 확장된 층간 공간(285)을 통해 채널구조들(259) 각각의 반도체막(251)이 노출된다.The first blocking insulating
도 8f를 참조하면, 도 8e에 도시된 층간 공간(285)을 콘택 소스막(287)으로 채운다. 콘택 소스막(287)은 채널구조들(259)의 측벽들, 제1 및 제2 소스막들(201, 221)에 직접 접촉된다. 콘택 소스막(287)은 소스 도펀트를 포함하는 도프트 실리콘막으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8F , the
콘택 소스막(287)은 선택적 성장 방식(예를 들어, SEG: Selective Epitaxial Growth) 또는 비선택적 증착 방식(예를 들어, CVD: chemical vapor deposition)을이용하여 형성될 수 있다. 선택적 성장 방식을 이용하는 경우, 채널구조들(259) 각각의 반도체막(251), 제1 및 제2 소스막들(201, 221)이 시드층 역할을 할 수 있다.The
이어서, 도 7을 참조하여 상술한 수직구조(VP)로 슬릿(261)을 채울 수 있다.Subsequently, the
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.9 is a block diagram showing the configuration of a memory system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 메모리 시스템(1100)은 메모리 소자(1120)와 메모리 컨트롤러(1110)를 포함한다.Referring to FIG. 9 , a
메모리 소자(1120)는 복수의 플래시 메모리 칩들로 구성된 멀티-칩 패키지일 수 있다. 메모리 소자(1120)는 도 4a 내지 도 4e에 도시된 구조들 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The
메모리 컨트롤러(1110)는 메모리 소자(1120)를 제어하도록 구성되며, SRAM(Static Random Access Memory)(1111), CPU(1112), 호스트 인터페이스(1113), ECC(Error Correction Code)(1114), 메모리 인터페이스(1115)를 포함할 수 있다. SRAM(1111)은 CPU(1112)의 동작 메모리로 사용되고, CPU(1112)는 메모리 컨트롤러(1110)의 데이터 교환을 위한 제반 제어 동작을 수행하고, 호스트 인터페이스(1113)는 메모리 시스템(1100)과 접속되는 호스트의 데이터 교환 프로토콜을 구비한다. 또한, ECC(1114)는 메모리 소자(1120)로부터 리드된 데이터에 포함된 에러를 검출 및 정정하고, 메모리 인터페이스(1115)는 메모리 소자(1120)와의 인터페이싱을 수행한다. 이 밖에도 메모리 컨트롤러(1110)는 호스트와의 인터페이싱을 위한 코드 데이터를 저장하는 ROM(Read Only Memory) 등을 더 포함할 수 있다.The
상술한 메모리 시스템(1100)은 메모리 소자(1120)와 메모리 컨트롤러(1110)가 결합된 메모리 카드 또는 SSD(Solid State Disk)일 수 있다. 예를 들어, 메모리 시스템(1100)이 SSD인 경우, 메모리 컨트롤러(1110)는 USB(Universal Serial Bus), MMC(MultiMedia Card), PCI-E(Peripheral Component Interconnection-Express), SATA(Serial Advanced Technology Attachment), PATA(Parallel Advanced Technology Attachment), SCSI(Small Computer System Interface), ESDI(Enhanced Small Disk Interface), IDE(Integrated Drive Electronics) 등과 같은 다양한 인터페이스 프로토콜들 중 하나를 통해 외부(예를 들어, 호스트)와 통신할 수 있다.The above-described
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 컴퓨팅 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.10 is a block diagram showing the configuration of a computing system according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(1200)은 시스템 버스(1260)에 전기적으로 연결된 CPU(1220), RAM(Random Access Memory: 1230), 유저 인터페이스(1240), 모뎀(1250), 메모리 시스템(1210)을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 시스템(1200)이 모바일 장치인 경우, 컴퓨팅 시스템(1200)에 동작 전압을 공급하기 위한 베터리가 더 포함될 수 있으며, 응용 칩셋, 카메라 이미지 프로세서, 모바일 디렘 등이 더 포함될 수 있다.Referring to FIG. 10 , a
상술한 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 설명하고 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다The above-described embodiments are only presented as specific examples to easily explain the technical idea of the present invention and help understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is obvious to those skilled in the art that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 일반적으로 이해되는 의미를 가지고 있다. 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have meanings commonly understood in the art to which this invention belongs. Unless explicitly defined in the present invention, it is not to be construed in an ideal or overly formal sense.
20: 하부막 40: 상부막
30, 127, 217: 다중 희생층 33, 121, 211: 제1 물질막
35, 123, 213:제2 물질막 37, 125, 215:제3 물질막
63: 제4 물질막 61, 165, 285: 층간 공간
ILD, 115: 층간 절연층 CH, 159, 259: 채널구조
51, SI1, SI2, SI, 161, 261: 슬릿
SIE, 281: 슬릿 연장부
CP1 내지 CPn, CP, 179P: 도전패턴
SL, SL1, SL2, 201, 221: 소스막
GST: 게이트 적층체
CTS, 287: 콘택 소스막20: lower film 40: upper film
30, 127, 217:
35, 123, 213:
63:
ILD, 115: interlayer insulating layer CH, 159, 259: channel structure
51, SI1, SI2, SI, 161, 261: slits
SIE, 281: slit extension
CP1 to CPn, CP, 179P: conductive pattern
SL, SL1, SL2, 201, 221: source film
GST: Gate Stack
CTS, 287: contact source film
Claims (17)
상기 제1 물질막 상에 상기 제1 물질막과 다른 제2 물질막을 형성하는 단계;
상기 제2 물질막 상에 상기 제1 물질막과 동일한 제3 물질막을 형성하는 단계;
상기 제3 물질막 상에 상부막을 형성하는 단계;
상기 상부막 및 상기 제1 내지 제3 물질막들을 관통하는 슬릿을 형성하는 단계;
상기 상부막 및 상기 하부막 사이의 층간 공간이 개구될 수 있도록 상기 슬릿을 통해 상기 제2 물질막보다 상기 제1 및 제3 물질막들을 더 빠르게 식각하는 식각물질로 상기 제1 내지 제3 물질막을 제거하는 단계; 및
상기 층간 공간을 제4 물질막으로 채우는 단계를 포함하고,
상기 제1 내지 제3 물질막을 제거하는 동안, 상기 상부막과 상기 제2 물질막 사이와 상기 하부막과 상기 제2 물질막 사이에서 상기 제2 물질막의 표면을 노출하는 갭이 형성되는 반도체 장치의 제조방법.forming a first material layer on the lower layer;
forming a second material layer different from the first material layer on the first material layer;
forming a third material layer identical to the first material layer on the second material layer;
forming an upper layer on the third material layer;
forming slits penetrating the upper layer and the first to third material layers;
The first to third material layers are formed with an etchant that etches the first and third material layers faster than the second material layer through the slit to open an interlayer space between the upper layer and the lower layer. removing; and
Filling the interlayer space with a fourth material layer;
While removing the first to third material layers, gaps are formed between the upper layer and the second material layer and between the lower layer and the second material layer to expose a surface of the second material layer. manufacturing method.
상기 제2 물질막은 상기 제1 물질막 및 상기 제3 물질막 각각보다 두껍게 형성되는 반도체 장치의 제조방법.According to claim 1,
The second material layer is formed to be thicker than each of the first material layer and the third material layer.
상기 제1 물질막 및 상기 제3 물질막 각각은 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), USG(Undopedsilicata Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass) 및 다공성 질화막 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제2 물질막은 실리콘 질화막을 포함하고,
상기 식각물질은 인산(H3PO4)을 포함하는 반도체 장치의 제조방법.According to claim 1,
Each of the first material film and the third material film includes at least one of Boron Phosphorus Silicate Glass (BPSG), Undopedsilicata Glass (USG), Phosphorus Silicate Glass (PSG), and a porous nitride film,
The second material layer includes a silicon nitride layer,
The etching material is a method of manufacturing a semiconductor device comprising phosphoric acid (H 3 PO 4 ).
상기 제1 물질막 및 상기 제3 물질막 각각은 도프트 실리콘을 포함하고,
상기 제2 물질막은 언도프트 실리콘을 포함하고,
상기 식각물질은 불화수소(HF), 질산(HNO3), 및 아세트산(CH3COOH)을 포함하는 화학물질로 구성된 반도체 장치의 제조방법.According to claim 1,
Each of the first material layer and the third material layer includes doped silicon,
The second material layer includes undoped silicon,
The etching material is a method of manufacturing a semiconductor device composed of chemicals including hydrogen fluoride (HF), nitric acid (HNO 3 ), and acetic acid (CH 3 COOH).
상기 적층체를 관통하는 채널구조들을 형성하는 단계;
상기 채널구조들 사이에서 상기 적층체를 관통하는 슬릿을 형성하는 단계;
상기 제2 물질막보다 상기 제1 물질막을 더 빠르게 식각하는 식각물질을 이용하여 상기 슬릿을 통해 상기 다중 희생층을 제거하는 단계; 및
상기 다중 희생층이 제거된 영역을 도전패턴으로 채우는 단계를 포함하고,
상기 다중 희생층을 제거하는 동안, 상기 층간 절연층과 상기 제2 물질막 사이에서 상기 제2 물질막의 표면을 노출하는 갭이 형성되는 반도체 장치의 제조방법.forming a laminate in which interlayer insulating layers and multiple sacrificial layers are alternately stacked, wherein the multiple sacrificial layers are formed by stacking first material films and second material films that are different from each other;
forming channel structures penetrating the stack;
forming slits passing through the laminate between the channel structures;
removing the multi-sacrificial layer through the slit using an etchant that etches the first material layer faster than the second material layer; and
Filling a region from which the multiple sacrificial layers are removed with a conductive pattern,
A gap exposing a surface of the second material layer is formed between the interlayer insulating layer and the second material layer while the multiple sacrificial layers are removed.
상기 제2 물질막은 상기 제1 물질막보다 두껍게 형성되는 반도체 장치의 제조방법.According to claim 5,
The second material layer is formed to be thicker than the first material layer.
상기 제1 물질막은 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), USG(Undopedsilicata Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass) 및 다공성 질화막 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제2 물질막은 실리콘 질화막을 포함하고,
상기 식각물질은 인산(H3PO4)을 포함하는 반도체 장치의 제조방법.According to claim 5,
The first material film includes at least one of Boron Phosphorus Silicate Glass (BPSG), Undopedsilicata Glass (USG), Phosphorus Silicate Glass (PSG), and a porous nitride film,
The second material layer includes a silicon nitride layer,
The etching material is a method of manufacturing a semiconductor device comprising phosphoric acid (H 3 PO 4 ).
상기 다중 희생층은 상기 제1 물질막과 동일한 제3 물질막을 더 포함하고, 상기 제2 물질막은 상기 제1 물질막과 상기 제3 물질막 사이에 배치되는 반도체 장치의 제조방법.According to claim 5,
The multi-sacrificial layer further includes a third material layer identical to the first material layer, and the second material layer is disposed between the first material layer and the third material layer.
상기 제2 물질막은 상기 제1 물질막 및 상기 제3 물질막 각각보다 두껍게 형성되는 반도체 장치의 제조방법.According to claim 8,
The second material layer is formed to be thicker than each of the first material layer and the third material layer.
상기 제1 물질막 및 상기 제3 물질막 각각은 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), USG(Undopedsilicata Glass), PSG(Phosphorus Silicate Glass) 및 다공성 질화막 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 제2 물질막은 실리콘 질화막을 포함하고,
상기 식각물질은 인산(H3PO4)을 포함하는 반도체 장치의 제조방법.According to claim 8,
Each of the first material film and the third material film includes at least one of Boron Phosphorus Silicate Glass (BPSG), Undopedsilicata Glass (USG), Phosphorus Silicate Glass (PSG), and a porous nitride film,
The second material layer includes a silicon nitride layer,
The etching material is a method of manufacturing a semiconductor device comprising phosphoric acid (H 3 PO 4 ).
상기 적층체 상에 채널구조들에 의해 관통되는 게이트 적층체들을 형성하는 단계;
상기 게이트 적층체들 사이에서 노출된 상기 다중 희생층을 관통하는 슬릿을 형성하는 단계;
상기 제2 물질막보다 상기 제1 물질막을 더 빠르게 식각하는 식각물질을 이용하여 상기 슬릿을 통해 상기 다중 희생층을 제거하는 단계; 및
상기 다중 희생층이 제거된 영역을 콘택 소스막으로 채우는 단계를 포함하고,
상기 다중 희생층을 제거하는 동안, 상기 소스막과 상기 제2 물질막 사이에서 상기 제2 물질막의 표면을 노출하는 갭이 형성되는 반도체 장치의 제조방법.forming a stack in which source layers and multiple sacrificial layers are alternately stacked, wherein the multiple sacrificial layers are formed by stacking first material layers and second material layers that are different from each other;
forming gate stacks penetrated by channel structures on the stack;
forming a slit penetrating the multiple sacrificial layers exposed between the gate stacks;
removing the multi-sacrificial layer through the slit using an etchant that etches the first material layer faster than the second material layer; and
Filling a region from which the multiple sacrificial layers are removed with a contact source layer;
A gap exposing a surface of the second material layer is formed between the source layer and the second material layer while the multiple sacrificial layers are removed.
상기 채널구조들은 상기 다중 희생층을 관통하여 상기 소스막 내부로 연장되고,
상기 채널구조들 각각의 측벽은 상기 다중 희생층이 제거된 영역을 통해 노출되고,
상기 콘택 소스막은 상기 채널구조들 각각의 측벽에 접촉된 반도체 장치의 제조방법.According to claim 11,
The channel structures pass through the multi-sacrificial layer and extend into the source film;
Sidewalls of each of the channel structures are exposed through regions where the multiple sacrificial layers are removed;
The contact source layer is in contact with sidewalls of each of the channel structures.
상기 제2 물질막은 상기 제1 물질막보다 두껍게 형성되는 반도체 장치의 제조방법.According to claim 11,
The second material layer is formed to be thicker than the first material layer.
상기 제1 물질막은 도프트 실리콘을 포함하고,
상기 제2 물질막은 언도프트 실리콘을 포함하고,
상기 식각물질은 불화수소(HF), 질산(HNO3), 및 아세트산(CH3COOH)을 포함하는 화학물질로 구성된 반도체 장치의 제조방법.According to claim 11,
The first material layer includes doped silicon,
The second material layer includes undoped silicon,
The etching material is a method of manufacturing a semiconductor device composed of chemicals including hydrogen fluoride (HF), nitric acid (HNO 3 ), and acetic acid (CH 3 COOH).
상기 다중 희생층은 상기 제1 물질막과 동일한 제3 물질막을 더 포함하고, 상기 제2 물질막은 상기 제1 물질막과 상기 제3 물질막 사이에 배치되는 반도체 장치의 제조방법.According to claim 11,
The multi-sacrificial layer further includes a third material layer identical to the first material layer, and the second material layer is disposed between the first material layer and the third material layer.
상기 제2 물질막은 상기 제1 물질막 및 상기 제3 물질막 각각보다 두껍게 형성되는 반도체 장치의 제조방법.According to claim 15,
The second material layer is formed to be thicker than each of the first material layer and the third material layer.
상기 제1 물질막 및 상기 제3 물질막 각각은 도프트 실리콘을 포함하고,
상기 제2 물질막은 언도프트 실리콘을 포함하고,
상기 식각물질은 불화수소(HF), 질산(HNO3), 및 아세트산(CH3COOH)을 포함하는 화학물질로 구성된 반도체 장치의 제조방법.According to claim 15,
Each of the first material layer and the third material layer includes doped silicon,
The second material layer includes undoped silicon,
The etching material is a method of manufacturing a semiconductor device composed of chemicals including hydrogen fluoride (HF), nitric acid (HNO 3 ), and acetic acid (CH 3 COOH).
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